李樹堂院士長期從事有機光電材料與顯示器件、納米功能材料與器件、金剛石及相關超硬薄膜的研究。他在這些領域取得了卓越的成就,取得了壹系列創新性的研究成果。主要研究成果“金剛石與新型碳基材料的成核與生長”和“壹維半導體納米材料的氧化物輔助合成及其應用”獲德國洪堡研究獎和香港裘槎高級研究獎學金,2003年和2005年獲國家自然科學二等獎。2008年獲得賀亮合力基金科技進步獎。在化學、物理、材料等領域的國際著名期刊上發表學術論文900余篇,撰寫專著9部,獲得美國專利20余項。論文被他人引用超過26000次。根據ESI和ISI數據庫的檢索結果,李院士的研究論文在材料科學領域的被引次數居世界前列,H指數達到85。其中5篇研究論文發表在著名期刊《科學》(美國)、《自然》(英國)上,多篇學術論文以封面文章形式發表。其研究成果在國際材料科學領域占據重要地位,學術水平得到廣泛肯定。它是香港和內地納米技術和材料科學領域的領軍人物。1994以來,成功策劃並主持了30多個香港大型研究項目,獲得香港研究資助局及創新及科技基金超過6000萬港元的研究資助。近年來,它還在內地承擔了多項國家863和973項目。